英特尔Galileo板的快速I/O宏及相关API介绍

### 英特尔 Galileo 板的快速 I/O 宏及相关 API 介绍 在电子开发中，对于英特尔 Galileo 系列开发板，掌握其快速 I/O 宏及相关 API 能显著提升开发效率和性能。本文将详细介绍这些内容，包括不同 API 的使用方法、性能特点以及相关代码示例。 #### 1. INPUT 与 INPUT_FAST 性能对比 在英特尔 Galileo 板上，使用 INPUT 模式读取引脚 3 的 200,000 次操作耗时 437786889 微秒（超过 7 分钟），而使用 INPUT_FAST 模式仅需 231954 微秒（0.23 秒）。这表明在英特尔 Galileo 上，INPUT_FAST 比 INPUT 快 1888 倍。但在英特尔 Galileo Gen 2 板上，INPUT_FAST 和 INPUT 具有相同的性能，因为它们的实现方式相同，所以使用 digitalRead() 读取端口时，使用 INPUT 或 INPUT_FAST 效果一样。 #### 2. 快速 I/O 宏 当在 IDE 中选择不同的开发板时，会加载对应的文件，其中 variant.h 文件尤为重要，它决定了 I/O 映射以及哪些引脚直接连接到 Quark SoC。 - **英特尔 Galileo Gen 2 板**：选择该板时，IDE 会加载 `hardware/arduino/x86/variants/galileo_fab_g/variant.h` 文件，其中包含以下宏： ```cpp #define GPIO_FAST_IO0 GPIO_FAST_ID_QUARK_SC(0x08) #define GPIO_FAST_IO1 GPIO_FAST_ID_QUARK_SC(0x10) #define GPIO_FAST_IO2 GPIO_FAST_ID_QUARK_SC(0x20) #define GPIO_FAST_IO3 GPIO_FAST_ID_QUARK_SC(0x40) #define GPIO_FAST_IO4 GPIO_FAST_ID_QUARK_NC_RW(0x10) #define GPIO_FAST_IO5 GPIO_FAST_ID_QUARK_NC_CW(0x01) #define GPIO_FAST_IO6 GPIO_FAST_ID_QUARK_NC_CW(0x02) #define GPIO_FAST_IO9 GPIO_FAST_ID_QUARK_NC_RW(0x04) #define GPIO_FAST_IO10 GPIO_FAST_ID_QUARK_SC(0x04) #define GPIO_FAST_IO11 GPIO_FAST_ID_QUARK_NC_RW(0x08) #define GPIO_FAST_IO12 GPIO_FAST_ID_QUARK_SC(0x80) #define GPIO_FAST_IO13 GPIO_FAST_ID_QUARK_NC_RW(0x20) ``` - **英特尔 Galileo 板**：选择该板时，IDE 会加载 `hardware/arduino/x86/variants/galileo_fab_d/variant.h` 文件，包含以下宏： ```cpp #define GPIO_FAST_IO2 GPIO_FAST_ID_QUARK_SC(0x40) #define GPIO_FAST_IO3 GPIO_FAST_ID_QUARK_SC(0x80) ``` 需要注意的是，在英特尔 Galileo Gen 2 板上，除了引脚 7 和 8 外，所有引脚都有对应的“快速 I/O”宏；而在英特尔 Galileo 板上，只有引脚 2 和 3 使用相应的宏，因为它们是唯一直接连接到 Quark 的引脚。如果使用了不正确的宏，可能会导致编译错误。 这些 GPIO_FAST_IOx 宏（x 表示引脚编号）用于为每个引脚创建 32 位的 I/O 描述符，描述符包含端口方向、状态位掩码以及每个引脚的读写偏移量。宏中的十六进制值是 I/O 寄存器中的位掩码，用于表示寄存器中哪个位包含每个引脚的状态（高电平或低电平）。 #### 3. 相关 API 介绍 ##### 3.1 fastGpioDigitalWrite(GPIO_FAST_IOx, unsigned int value) 这个宏允许向 I/O 端口写入数据，并能实现 652KHz 到 684KHz 的频率。 - **参数说明**： - 第一个参数 GPGIO_FAST_IOx 是一个快速 I/O 宏，用于标识感兴趣的引脚。 - 第二个参数 value 是引脚的值，可能为 LOW 或 HIGH。 - **使用要求**： - 如果使用英特尔 Galileo 板，pinMode() 函数必须设置为 OUTPUT_FAST 配置，且只有引脚 2 和 3 可用。 - 如果使用英特尔 Galileo Gen 2 板，pinMode() 函数可以设置为 OUTPUT 或 OUTPUT_FAST 配置，所有引脚（除了引脚 7 和 8）都可用。引脚 13 由于连接了内置 LED，触发时会有小的损耗，频率可达 657KHz，其他可用引脚可达 684KHz。 以下是一个使用引脚 2 达到 684KHz 频率的代码示例： ```cpp /* This program makes the I/O speed to achieve 684KHz. If you are using Intel Galileo: Only pins 2 and 3 work If you are using Intel Galileo Gen 2: ALL pins work Note: if you are using Intel Galileo Gen 2 and change this software to support pin 13, the frequency will be close to 657KHz and not 687KHz. */ void setup() { // put your setup code here, to run once: unsigned int pin = 2; // this is pin header 2 pinMode(pin, OUTPUT_FAST); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: int state = LOW; while(1){ fastGpioDigitalWrite(GPIO_FAST_IO2, state); state =!state; // if as HIGH it will be LOW and vice versa } } ``` 在 `setup()` 函数中，创建了一个 pin 变量表示引脚 2，并将其设置为 OUTPUT_FAST 模式。在 `loop()` 函数中，通过一个无限循环不断切换引脚状态，实现 684KHz 的频率。 然而，当在单个循环周期中多次调用 fastGpioDigitalWrite() 时，会出现性能下降的问题。无论处理的是否为不同引脚，最大频率都会除以循环中 fastGpioDigitalWrite() 方法的调用次数。例如，在以下代码中，fastGpioDigitalWrite() 被调用两次，最终频率为 340KHz： ```cpp /* This program makes the I/O speed achieve 340KHz. If you are using Intel Galileo: Only pins 2 and 3 work If you are using Intel Galileo Gen 2: ALL pins work */ void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(2, OUTPUT_FAST); pinMode(3, OUTPUT_FAST); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: int state = LOW; while(1){ fastGpioDigitalWrite(GPIO_FAST_IO2, state); fastGpioDigitalWrite(GPIO_FAST_IO3, state); state =!state; // if as HIGH it will be LOW and vice versa } } ``` ##### 3.2 fastGpioDigitalRead(GPIO_FAST_IOx) 这个宏允许读取 I/O 端口的数据，并且比常规的 digitalRead() 具有更快的性能。 - **参数说明**：GPGIO_FAST_IOx 是一个快速 I/O 宏，用于标识感兴趣的引脚。 - **返回值**：宏可能返回 0 表示 LOW，或其他值表示 HIGH，返回值是根据寄存器偏移量在寄存器掩码中的当前值。 - **使用要求**： - 如果使用英特尔 Galileo 板，pinMode() 函数必须设置为 INPUT_FAST 配置，且只有引脚 2 和 3 可用。 - 如果使用英特尔 Galileo Gen 2 板，pinMode() 函数可以设置为 INPUT 或 INPUT_FAST 配置，所有引脚（除了引脚 7 和 8）都可用。 以下是一个比较 fastGpioDigitalRead() 和 digitalRead() 性能的代码示例： ```cpp /* This program is only a demonstration of fastGpioDigitalRead() */ int pin = 2; #define MAX ```